公开了一种定位系统，其能够最大限度的减少定位信息的冲突，并且根据位置信息来最优化发射参数设置，提高定位效果并减少节点能量消耗。该系统包括：多个定位节点，用于发送其位置信息、超声波信号和无线电信号；至少一个接受节点；中央控制器，该中央控制器包括：无线电通信装置，用于与各个定位节点进行无线电通信；区域划分装置，其根据通过无线电通信装置接收的各个定位节点的位置信息来将定位节点划分成多个区域；排序装置，其对分别属于同一区域的各个定位节点按照位置关系进行排序；其中定位节点按照排序装置排定的顺序向所述接受节点发送其位置信息、超声波信号和无线电信号；接受节点根据所述定位节点发送的位置信息、超声波信号和无线电信号确定自己的位置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及室内定位技术，具体涉及一种定位系统和在该定位系统中基于定位节点位置信息减少超声波信号冲突的方法。
技术介绍
现有的定位系统包括GPS，移动网络定位等等，已经得到广泛的应用，但是以上技术在室内无法应用。随着技术的发展，室内定位技术受到广泛的重视，现有的室内定位方法包括利用无线电、超声波、红外、超宽带等媒介、采用TOA(Time of Arrival)、TDOA(Time Difference of Arrival)、AOA(Angle of Arrival)、RSSI(Received Signal Strength Indictor)和RSSI(Received Signal Strength Indictor)等方法来实现定位服务。本专利技术讨论的主要是主从式定位系统。在这种定位网络系统中结点的地位并不是完全平等，节点被分为两类定位节点(beacon)和移动节点。定位节点事先被布置好，并不间断的发送本节点的位置信息和定位信息(如超声波等)，移动节点通过接受这些信息加以处理，就能够确定自己的位置。但是，如果各个定位节点同时发射定位信息，就很容易造成定位信息的彼此冲突。如何解决这个问题是提高定位系统性能的一个重要因素。目前解决的方法包括采用随机检测接入的方法、或者所有的节点独立发射、通过接受端的识别来处理(参考文献1Nissanka B.Priyantha，AnitChakraborty，Hari Balakrishnan，The Cricket Location-Support system，Proc.6th ACM MOBICOM，Boston，MA，August 2000)、或者对超声波脉冲进行载波的方法(参见文献2MicroPatent Report US 6317386B1 METHOD OFINCREASING THE CAPACITY AND ADDRESSING RATE OF ANLTRASONIC LOCATION SYSTEM，AT&T)。图10(a)示出了随机发射出现的无法判断情况，如果定位节点同时发射定位信息，就很容易造成定位信息的彼此冲突，从而使接受端无法正确判断。对此，参考文献1的方法假设发射的时间和间隔比较大，发生无法分辨的情况并不常见，从而可以接受完全随机发射，不考虑节点间协调的问题。但是实际上由于发生重叠的可能性比较大，由此造成的错误认知是导致本方法错误率上升的重要原因。虽然在参考文献1中阐述了如何用统计分析的方法来区分哪些是正确的(射频信号，超声信号)对，如何去除显然错误的信号对，但是由于有些信号对在原理上是无法区分的，所以必然会导致距离的错误计算，在定位节点相对密集的时候问题更加严重。参考文献2利用超声波载波信号来分辨哪个是正确的到达信号，但是这样会增加硬件成本和复杂度，并且受到室内多径效应的影响比较大。采用对信道随机碰撞检测的方法虽然可以较好的处理信号冲突问题，但是完全的随机检测效率不高。并且以上方法均没有考虑到定位节点的位置已经确定而且已知，这是可以利用的信息，可以用于有效避免信号的冲突、错误检测和系统地发射参数的优化。这些方法处理的时候可能造成定位响应时间的不确定，带来系统误差等，而且并没有充分利用到定位节点的位置信息为确定且已知的特点。
技术实现思路
本专利技术针对的是基于TDOA的主从式定位系统。定位节点发射射频信号和另外一种速度较低的信号(如声波，超声波等)，接受节点通过测量它们到达的时间差别，来决定定位节点与接受节点的距离，进而确定它们的位置。但是，在TDOA方法中，定位节点如果同时发射定位信息，就很容易造成定位信息的彼此冲突，从而使接受端无法正确判断。本专利技术提出的方法充分利用定位节点的位置已经确定而且可以通过中央控制器获得的特点，利用这些信息减少甚至消除信息冲突，提高系统的定位精度，并提高系统的节能效果。在本专利技术的一个方面，提出了一种定位系统，包括多个定位节点，用于发送其位置信息、超声波信号和无线电信号；至少一个接受节点；中央控制器，该中央控制器包括无线电通信装置，用于与各个定位节点进行无线电通信；区域划分装置，其根据通过无线电通信装置接收的各个定位节点的位置信息来将定位节点划分成多个区域；排序装置，其对属于同一区域的各个定位节点按照位置关系进行排序；其中定位节点按照排序装置排定的顺序向所述接受节点发送其位置信息、超声波信号和无线电信号；接受节点根据所述定位节点发送的位置信息、超声波信号和无线电信号确定自己的位置。在本专利技术的另一方面，提出了一种在定位系统中减少超声波信号冲突的方法，所述定位系统包括多个定位节点、至少一个接受节点、和中央控制器，所述方法包括步骤定位节点向中央控制器发送其位置信息；中央控制器根据各个定位节点的位置信息将定位节点划分成多个区域；中央控制器对属于同一区域的各个定位节点按照位置关系进行排序；定位节点按照排定的顺序向所述接受节点发送其位置信息、超声波信号和无线电信号；接受节点根据所述定位节点发送的位置信息、超声波信号和无线电信号确定自己的位置。采用本专利技术上述的系统和方法，能够最大限度的减少定位信息的冲突，并且根据位置信息来最优化发射参数设置，提高定位效果并减少节点能量消耗。附图说明图1示出了在本专利技术的系统中使用的节点的结构框图；图2示出了本专利技术的超声波测距的示意图；图3示出了本专利技术的主从式定位系统的结构框图；图4示出了本专利技术的主从式定位系统中的中央控制器的结构框图；图5是区域划分的示意图，其中将节点划分成A、B和C三个区域；图6是对划分在同一区域中的定位节点排序的示意图；图7示出了本专利技术的在定位系统中减少超声波信号冲突的方法的流程图；图8示出了本专利技术的设置参数的流程图；图9是在不同密度的区域设置不同的参数的示意图； 图10(a)示出了随机发射出现的无法判断情况；以及图10(b)示出了本专利技术中顺序发送的情况。具体的实施方式以下对照附图以具体实施例的方式对本专利技术的方法进行详细的说明。在基于TDOA的主从式定位系统中，本专利技术中使用的硬件平台为具有超声波通信功能和无线电通信功能的节点，图1示出了该节点的结构框图。如图1所示，节点包括用于存储数据的存储器模块10、与存储器模块连接的控制器模块11、与外部进行超声波通信的超声波通信模块13、与外部进行无线电通信的无线电通信模块14、用于将来自超声波通信模块13和无线电通信模块14的模拟信号转换成数字信号并发送给控制器模块11的A/D转换模块12。为实现传感器网络节点的定位，首先要得到该网络中给节点的位置信息。而要确定给节点的位置，根据三角定位方法，需要知道3个已知位置的固定节点和未知节点同固定节点之间的距离。本设计的中心内容为如何使用无线信号的方法准确测定未知节点和固定节点之间的距离。图2示出了本专利技术的超声波测距的示意图。在超声波TDOA测距中，假设发送节点为超声波和无线信号发射端，而接受节点为接收端，则测距过程如下a)发送节点同时发射无线电同步信号和超声波测距信号；b)接受节点接收到无线信号开始计时，记下初始时间Ts；c)接受节点接收到超声波测距信号，记下接受时间Te，然后计算超声波传输时间TD＝Te-Ts；d)通过以下公式计算求得发送节点和接受节点之间的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定位系统，包括： 多个定位节点，用于发送其位置信息、超声波信号和无线电信号； 至少一个接受节点； 中央控制器，该中央控制器包括： 无线电通信装置，用于与各个定位节点进行无线电通信； 区域划分装置，其根据通过无线电通信装置接收的各个定位节点的位置信息来将定位节点划分成多个区域； 排序装置，其对属于同一区域的各个定位节点按照位置关系进行排序； 其中定位节点按照排序装置排定的顺序向所述接受节点发送其位置信息、超声波信号和无线电信号； 接受节点根据所述定位节点发送的位置信息、超声波信号和无线电信号确定自己的位置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余旭文，魏强，张玲，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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